浅析空分冷箱泄漏的原因和对策

第34卷第1期低温与特气016年2月Low Temperature and Specialty GasesFeb.,2016工艺与设备·浅析空分冷箱泄漏的原因和对策孙连杰淄博齐鲁比欧西气体有限责任公司,山东淄博临淄辛化路8号255410)摘要:以齐鲁比欧西KDO-4500030000型空分现场为例,介绍了冷箱泄漏的原因,并从冷箱泄漏原因、泄漏风险、管线布置等方面进行了分析。采取装置特护、控制冷箱密封气压力、氧含量、基础温度和冷箱带压开孔等相应对策和措施进行控制,并通过合理组织检修消除泄漏点,达到了预期目的,对国内同类空分装置有很好的借鉴意义。关键词:空分现场;冷箱泄漏;风险控制;维持运行;消除漏点中图分类号:TB657.7文献标志码:B文章编号:1007-7804(2016)01-00105doi:10.3969/i.isn.10077804.2016.01.004Analysis of Air Separation Cold Box Leakage Causes and CountermeasureSUN LianjieZibo Qilu BOC Gas Co., Ltd, Zibo 255410, ChinaAbstract: With Qilu boC Model KDON-45000/30000 air separation as an example, introduced the reasons of cold box leakand analysed from cold box leak reasons, and leak risk, and pipeline layout. Take device intensive care, and control seal gaspressure of cold box, and oxygen content, and based temperature and cold box with pressure open hole, corresponding coun-termeasures and measures for control, and through reasonable organization maintenance elimination leak points, reached hasexpected purpose, on domestic similar air separation plant has is good of reference meaningKey words: site air separation; cold box leakage risk control keep running1工艺流程简介7年多时间。该装置为连续性全提取式空分设备,采用分子筛吸附净化增压透平膨胀机、全浸浴式主冷蒸发淄博齐鲁比欧西有限责任公司(简称BQ)器全精馏无氢制氩及液氧内压缩、氮气外压缩流程,KDON-450003000空分装置于208年10月底完空分冷箱由杭氧设计。KDON-450003000空分主成整套空分试车,11月初开始试运行,至今已稳定运行要气体和液体产品技术参数见表1。表1KDON-45000/30000空分装置主要产品指标Table 1 KDON-45000/30000 Index of air separation plant product产品名称产量/(Nm3·h纯度(φ)压力/MPa(C)温度/℃备注高压氧气≥99.6%O2液氧泵内压缩中压氧气≥99.6%O2高压液氧节流气化中压氮气25000<5×10O氮压机加压低压氮气5000<5×10O,0.405下塔顶部液氧1500≥99.6%O2液氮1500液氩1720<1×10O2、<1×10°N低温与特气第34卷2问题提出6℃)。7月30日降至最低点-30.5℃,采取冷箱底部通蒸气管加热措施后温度开始回升,至-16℃左1现象1:2013年6月3日,例行分析冷箱夹层右维持稳定。现象4:6月3日,冷箱下部夹层气压力的密封气含氧量时,发现主冷箱下部夹层气含氧量850Pa(正常值30-400P)。采取部分安全阀盖板60%(正常值2%以内)。6月23日升至75%,最微开卸压措施后,维持在700900Pa高至7%,截止到11月初维持在77%左右。现象2.泄漏点发展趋势:2014年1月,冷箱东南角2:6月3日,现场检查冷箱东南角靠近基础部位冷基础部位结霜,随环境温度下降,有逐步扩展趋势,箱板出现结霜、结冰现象(正常时冷箱基础无结外形尺寸约为:hm:2600×300;冷箱南侧亦有结冰),其外形尺寸约为:hmm:1000×300;至8月霜现象。冷箱基础温度为-12.69℃,冷箱底部密封底,受环境温度升高影响,结霜消失,有“出汗”现气压力为0.841kPa,冷箱内密封气含氧量为76%。象;进亼9月份,受环境温度降低影响,冷箱基础部位在此期间,在冷箱壁上不同位置开孔插人温度计探再次出现结霜,外形尺寸约为lhmm:2000×300。现头和氧含量分析仪监测各点的温度和氧含量,测点象3:6月3日,冷箱底部基础温度-8℃(正常值-4位置如图1,监测数据如表2。T7:(南2000mm,000mm,高高27980mm)33500mm)T8:(南T10:(南985mm,29880mm高15900mm)T5:(南24000mm高380mm)T4:(南3100mm,高7200mm)T3:(东1630mm,T1:(南高380mm)图1开孔监测点位置Fig. 1 Open monitoring point location表2冷箱内监测氧含量和温度数据表Table 2 Monitoring of oxygen content and temperature in the cold box datasheet[厢想想想128-34.32.04.1-1811-143.523.947.8|-161.3飞-1s6.4.82.4|-185218101.819.6-119.030着。6299m75.142-28433-6,158718.6255-1613a410.92,822-91.8-7.8n01673.0-29.6700-145380-188.82.7|-18.5166-145016.4-185.019.835.870母8-10255427.0|-47.0500|-19.0-、=mm,:m27.0191.916.324.219.6-174.055。-11.1|n201m-167m.-0.51。.50.0-13.538850-65.8730-113948入度|o|ok。 1.s 4.a 1m.s 24.0-dmm。。「.··0。-1·m·14m。1.2a516·上·n0·1M6.上4第1期孙连杰:浅析空分冷箱泄漏的原因和对策3调查和原因分析漏必须要认真考虑。污染和堵塞:珠光砂可能会从漏点部位进入1.冷箱为什么会发生泄漏?泄漏的发生是由于管线精镏塔、主冷及换热器通道内部。热运动及冷箱中的冰冻结在设计的膨胀循环管之外4.超压:泄漏的液体气化或启动时吹入热空气,的结果。一些管线,尤其是分析管线特别容易产生会引起夹层超压泄漏5.珠光砂冲刷:泄漏介质流动夹带珠光砂形成2大多数冷箱都或多或少有一些细微的泄漏,气流扰动形成“气锯”,对附近设备管道造成冲刷和这种情况容易使人习以为常。对于大的泄漏:这些…气割”种类的泄漏可能导致严重的设备故障,所有的操作6.仪表失真:若为仪表导压管泄漏,漏量增大会人员都应该清楚与泄漏有关的问题。重要的是也要造成仪表指示失真,危及装置平稳运行认识到小的泄漏可能酿成大的事故。7.砂爆:液体漏量增大,大量气化,冷箱内压力3冷箱是低温精馏产出氧氮产品的核心,其中会升高,严重时有引起砂爆的可能。液体能在珠光塔器林立,管道纵横,高度达70m,设备管道压力从砂内形成“液池”。如果装置停车后引进空气加温几个kPa到85MPa,管线直径从DN120至DN12重启,液体会快速蒸发,导致冷箱被破坏。不等,设备的工作温度从常温至-196℃4冷箱内设备多为高强度铝合金5083,管线多5维持运行的措施和对策为普通铝合金5A02,铝材导热系数高,但强度相对1.BQG冷箱珠光砂填装量110n0多,扒砂检较低,铝合金的线膨胀系数一般为23.8*修时间长,且冷箱基础温度、夹层气含氧量和压力能0.000℃,在金属中是较大的。一条自冷箱底部够维持,制定了加强监控,维持运行的策略,对冷箱引至顶部的液氮管线,从常温降至-1%6℃,仅热胀实施特护方案,现场每2h监测一次冷箱的压力、结冷缩的长度就达到0.5m之多;霜、变形等情况,冷箱夹层气压力突变100Pa时,基5冷箱内部苛刻的工作条件管线材质和强度,础温度突降10℃时通知装置主管,并增加动态报警管道补偿和管架设计合理性决定了冷箱是空分装点。置的薄弱环节。其中仪表管线往往是冷箱中最薄弱2.在确保冷箱夹层气压力不升的前提下,对冷的管环节,一般为Φ12×1的普通铝合金,管线长、箱底部结冰冻堵的通风孔使用蒸气伴热管逐渐将其焊缝多、易受冲击变形、断裂,导致整个冷箱被迫扒疏通,并保持通风孔畅通。砂检修3.中控每2h记录一次冷箱基础温度、塔内压6.随着煤化工的发展氧气需求量增大,且大型力及冷箱夹层压力,严格控制冷箱夹层压力900Pa空分相对能耗降低,冷箱规模急剧增大,一旦造成事以内,防止冷箱安全阀起跳出现喷砂。故,危害性大大增加。在快速发展过程中,设计还得4.将冷箱密封气改为氮气,尽量降低夹层气含不到充分的时间验证完善,鉴于冷箱内配管的局限氧量,并控制好冷箱各个进入口的氮气量在10性,本质安全得不到确切保证。Nm/h以上,防止冷箱出现负压吸亼潮湿空气。4冷箱泄漏的风险5.增加冷箱分析点氧含量分析频率,由原先的1次/季度改为分析2次/d1.富氧:泄漏介质是液氧或气氧,会造成冷箱内6.对冷箱的呼吸阀进行定期校验检査,同时在氧含量持续升高,极其危险。做好防雨措施的前提下,根据需要对冷箱呼吸阀、人2.低温冻裂:低温液体泄漏会导致冷箱基础温孔适当开口以便冷箱泄压及置换。目前打开卸压孔度下降,基础冻坏、冷箱板冻裂。如果是液体泄漏,共6处:主冷箱东侧35m处微开1个安全阀盖板泄漏的液体可能通过珠光砂流到基础上或一个相邻主冷箱北侧18m处微开1个安全阀盖板;主冷箱西的位置,甚至沿着垂直或水平管流至冷箱的其它地侧18m处微开1个安全阀盖板;低压板式换热器顶低温与特气第34卷7.为防止静电、明火等引起爆燃,切断冷箱壁一压,但是要严格保证塔内压力大于冷箱夹层内压力,切电源,包括冷箱内液位计使用的电加热器,在冷箱要求塔内压力大于冷箱夹层内压力10kPa,避免珠10m范围禁止动火作业,并拉警戒线以告知。光砂反向漏入塔内。8.针对仪表失真制定应对措施,制定了液空调3)迅速排放塔内液体,现场无法进入时开启工节阀、粗氩Ⅱ底部液位等调节阀波动处理方案。艺氧泵出口自动排液阀,将液体安全排放到排液蒸9操作人员巡检时必须两人一组,巡查冷箱四发器。周有无异常情况,巡检时需佩戴氧含量报警仪。4)冷箱泄漏时必须确认现场不会造成人身伤10.如空分裝置停车发现有液体泄漏时,要停止害才可以进入冷箱周围进行处置。冷箱内供密封氮气,防止液体快速蒸发,冷箱内压力14.在确保装置正常运行的前提下,通过红外线上升,引起砂爆。成像仪检测冷箱上整体的温度分布情况;并尝试在11.如空分装置停车,要严格控制塔内压力及冷冷箱上开孔,通过插入热电阻和取样分析氧含量的箱内压力,要求塔内压力大于冷箱内压力10kPa,避方式,判断冷箱内泄漏点的具体位置,找到具体位置免珠光砂漏入塔内。迅速排放主冷液位,将液体安后,在确保安全的前提下探索实施不停车堵漏方案。全排至排液蒸发器。12.出现下列情况停车:有液体大量泄漏或冷6冷箱检修彻底消除泄漏点箱内基础温度持续降低;现场检査冷箱壁有冻裂、基1.在冷箱坚持带病运行接近21个月之后,2015础损毁等现象;冷箱夹层内氧含量大幅上涨;冷箱夹年3月4日,该空分装置开始停车检修,于4月10层压力持续上升;当冷箱发生较大泄漏,危急人员或日14:45实现一次开车成功,总共历时37d,圆满设备安全的重大、异常工艺变化:例如发现上塔压完成冷箱检修任务,创造了国内相同规模空分检修力、下塔压力、冷箱密封气压力发生突变、冷箱喷砂、时间最短的先例。3月4日12:00装置停车;3月8冒出低温蒸汽云应紧急停空压机。日9:40冷箱扒砂开始;3月19日16:00冷箱扒砂完13.制定冷箱泄漏紧急处置预案并培训至每一成;3月20日冷箱内水冲洗扫砂;3月21日开始搭位操作员工。工艺应急处置要点设脚手架;3月25日13:30冷箱开始充压初次查1)及时切断进塔空气防止泄漏持续扩大造成漏,16:00脚手架搭设完毕;3月26日冷箱施工改造冷箱破裂及砂爆事故。在确认大量液体泄漏的情况全面铺开;3月29日冷箱施工改造完成开始查漏:3下要及时关闭冷箱夹层密封气总阀,防止加剧液体月31日冷箱内查漏完成,开始拆脚手架;4月3日汽化冷箱超压。拆脚手架完成,10:00开始装砂;4月7日冷箱装砂2)空分装置停车后,通过冷箱各放空阀紧急泄完成。4月10日1445主装置高压氧合格外供。表3冷箱内泄漏点一览表Table 3 list of leak in the cold box位置坐(m)遥度〔℃)f1空气分型后管与x距际|1攻。量大中703PNO 25AL塔液氮管线连接处附近焊口NL·高度174m箱东南:-193中30725AL上塔丢主浑002两后排液管FT65702粗氙至粗氢瓶量计处高度30m今箱中冷后度探头垫片处高信冷箱东北部度2m令箱东南部精国第1期孙连杰:浅析空分冷箱泄漏的原因和对策152.冷箱检修过程中共査漏、消漏16处,其中最冷箱内管道正常伸缩,小管道由于位于大管道上方关键一处漏点为冷箱49m高度处液空气液分离器且与上塔直接相连,在加温过程中珠光砂阻碍了大底部排液管根部焊缝裂开(DN20),判断此漏点为冷管道的伸缩,大管道下方的小管道正常伸缩时撞上箱泄漏的主要漏点(冷箱内泄漏点情况见表3);同了大管道,致使该三通根部与上方大管道挤压变形,时泠箱内部更换低温热电阻芯42只、低温电缆出现裂纹。1351m,仪表导压管/分析管根部保护改造105处,2)管道压裂后,三通裂口朝向上塔,管道内的仪表管的碳钢支架改为不锈钢支架36个,重要管线富氧液空喷向上塔,富氧液空渐渐在冷箱内沿塔壁三通处增加加强筋13处;修复损坏变形的工艺管线流向基础,富氧液空中的氮则蒸发。随着时间的推6处,去除排液管线3处;去除多余塔体分析取样点移,珠光砂在裂口位置的摩擦使裂口变的越来越薄10处,完成了冷箱内部管线改造任务。裂口随之扩大。这是冷箱夹层气内氧含量升高的根3.根据扒砂前期泠箱出现的现象、监测的数据、本原因扒砂后冷箱内管道泄漏点的泄漏状态和位置,可以得出结论引起冷箱出现冷箱密封气内含氧量高、冷7实施效果检验箱密封气超压、冷箱基础温度低的直接原因是WNL42425*2.5AL管道泄漏引起(见图2)。1.从2013年6月发现冷箱泄漏至2015年3月空分停车检修,冷箱坚持带病运行接近21月之久,且冷箱基础温度、夹层气含氧量和夹层气压力得到较好地控制,满足了客户的供气需求,这说明采取第一次查漏的维持运行的措施是有效的。同时该公司做好了冷箱泄漏加重导致突然停车和等待时间窗口计划检修的相关方案,如冷箱扒砂检修方案,冷箱检修气密查漏方案、冷箱检修脚手架搭设方案、冷箱内仪表取压管线改造方案和冷箱检修期间氧氮气供应方案等。2.通过冷箱检修,彻底消除了冷箱泄漏影响装置稳定运行的隐患。从目前冷箱运行的数据看,冷图2WNL12425*2.5AL管道泄漏情况箱东南角结冰消失,冷箱上打开的卸压孔全部关闭Fig 2 WNL--2-qp25*2. 5-AL pipeline leakage point夹层气压力恢复正常值,夹层气含氧量由80%降至1)冷箱经过长期运行,珠光砂已经粉末化,冷0.2%。箱上的橡皮阀门套老化,冷箱密封性变差,在冷箱经作者简介历多次开停车后,冷箱内珠光砂的含水量已经比较孙连杰(1973),男,工程师,2002年毕业于青岛科技大高,使冷箱内大部分珠光砂结成了冰块,在冷箱加温学计算机科学与技术专业,现于淄博齐鲁比欧西气体有限责过程中,冰块并不会被加温融化,冰块的重压阻碍了任公司从事技术管理工作。邮箱:lian-jie.smn@olinde.com太阳能分解水制氢取得新进展近日,中国科学院大连化学物理研究所在太阳这个材料易受光腐蚀,光电流起始电位偏正且其光能光电催化分解水制氢研究方面取得新进展。这电流偏低,严重制约其光电催化性能的提高。研究研究成果拓展了空穴储存层的应用,形成理性设计人员在以Ta3N5为基础的高效半导体光阳极的设高效光电极的新策略和新思路,为实现高效太阳燃计构建研究中,利用空穴储存层(HSL)和电子阻挡料制备提供重要的研究基础。层进行界面修饰,并结合表面分子助催化剂,所构建半导体材料Ta3N5由于其能带结构符合热力的复合光阳极体系在基准水分解电位(1.23V)下获学分解水的基本要求,且具有宽光谱响应性质,是当得了接近其理论极限的光电流(12.9mA/cm2)。这「太阳能分解水制氡领城研究的热点材料之是目前国际最高的光电流